突破超算极限：这项技术揭示中美实力悬殊成因
日前，由中国国家超算天津中心与国防科技大学联合研制的最新一代超级计算机，“天河三号E级原型机系统”正式完成研制部署，由此宣告，中国继“天河一号”与“天河二号”及“神威·湖之光”后，再次创造出世界上运算速度最快的超级计算机已指日可待。
据了解，超级计算机（下称“超算”）并不是为个人计算机使用者研制的，而是为从事基础研究、生命科学、基因分析、核能利用、军事、航天等高科技领域的机构和企业提供高速运算的超级电脑。普通家用电脑的浮点运算能力（floating-point operations per second，简称“FLOPS”，即计算机每秒运算浮点的次数）仅能达到每秒一万亿次，而“E级超算”则可以每秒百亿亿次浮点的速度进行运算。因此，“E级超算”也被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”，而此次完成研制部署的“天河三号”原型机，则是一种在研制超算之前进行技术验证的预研项目，它的部署完成，预示着中国E级计算机将很快进入实质性研发阶段。
随着新资讯科技时代及工业革命 4.0 的发展，超级计算机的研发作为一个国家信息技术的创新驱动，提升综合国力的强大支撑，以及快速发展高端信息技术的牵引。超算将在能源矿产勘探、全球气候变化、生物医药研发及人工智能等重大问题上发挥巨大作用。此外，上至核武设计，下至天气预报，从交通运输到网络传输，也都将成为超算的应用领域。
事实上，自上世纪1920年代美国出现“超级计算机”这一概念以来，以美国、中国、日本为首的世界各国均在不断开发运算能力更加惊人的超算，而这种国际间的你追我赶，又已近10年中的竞争最为激烈。
2008年，由美国IBM公司研发的“走鹃”（Roadrunner）宣布问世，成为世界上首个运算能力突破1,105PFLOPS的“P级超算”。然而，这一纪录两年后便被由中国制造的“天河一号”以2,566PFLOPS的速度所取代；随后，日本与美国又分别于2011年与2012年开发出10.51PFLOPS及17.59PFLOPS的超算一度赶超中国，直到在分别诞生于2013年及2016年的“天河二号”与“神威·太湖之光”两大中国超算面前才甘拜下风。而按照“神威·太湖之光”9.3EFLOPS（93PFLOPS）的运算速度来看，目前正处于研发阶段的“天河三号”，可以8倍于前者的速度进行运算，达到惊人的74.4EFLOPS，纵使运算速度达到20EFLOPS的美国超算“巅峰”（Summit）也难以望其项背，而这一运算速度的价值则体现在可大大缩短新型武器装备的研发周期，减少试错成本，消减纠错花费的时间，并能让设计达到最优化提高武器装备的性能。除此之外，更为值得关注的是，“天河三号”原型机采用全自主创新技术，全面掌握自主飞腾CPU，自主天河高速互联通信及自主麒麟操作系统等五大核心技术，所有核心技术和产品均无惧西方技术封锁，彻底告别进口CPU或加速器，实现了芯片的完全国产化。
相比中国在超算领域在短短十年间的迅速崛起，美国方面似乎显得有些过于沉得住气。据国际TOP500组织发布新一期全球超级计算机500强榜单显示，美国超算“泰坦”已被瑞士的“代恩特峰”挤到第四。需知，这也是20年来美国首次跌出前三。对此，有专家指出，由于美国的研制计划相对滞后，因而会在一段时间内呈现出技术衰微的假象。实际上，这也是国际超算发展过程中经常出现的一种情况。
针对中国在超算研发领域的勃勃雄心，美国能源部近日宣布，将在未来3年拨给6家科技公司总额2.58亿美元的资金，以期达成到2021年交付至少一台E级超算系统的目标；另一方面，美国还设立多个国家级实验室，支撑综合基础研究、应用基础研究以及技术研发，使研发与应用形成协同生态发展；不仅如此，美国英特尔（Intel）及英伟达（NVIDIA）公司还在商业应用方面与瑞士等国展开合作，并在前述“代恩特峰”的研制过程中扮演关键角色。由此观之，无论是美国在超算领域实行的政府主导及在国际市场的步步紧逼，都将使中国本就为不算明显的优势变得更加岌岌可危。而这也势必成为继美中贸易冲突之后，又一轮美中之间的激烈抗衡。
相较之下，尽管中国近年来在超算制造能力上取得显著的进步，然而与制造能力相比，应用能力却还是略逊一筹。对此，中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长张云泉在接受中国大陆媒体《科技日报》采访时表示，“目前运行的大部分作业，其并行规模仍停留在几千或几万个处理器甚至更低的量级，没有切实发挥出千万亿次量级超级计算机上几十万甚至百万核并行的能力。”
为此，今年中国“两会”期间，曾有参会代表就超算研发与应用的协同发展，提出“成立若干国家级超级计算并行应用软件行业工程中心，制定我国超级计算机应用中长期研究规划和路线图，着力开展应用相关的基础问题和关键共性技术研究”之议案。
对于中国而言，不仅需要以从容、积极的心态去面对这场“装备竞赛”，更需要善于向美国借鉴经验，及早将超算的速度优势转化为应用优势，方能使挑战转变为战略机遇。
